基于Mixture模型的叶片式抛送装置内气固两相流模拟

为了揭示叶片式抛送装置抛送物料时内部气流和物料复杂的流动特性以优化设计和指导运用,应用计算流体力学软件Fluent中的Mixture多相流模型、标准k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,对抛送装置内气固两相流动进行了数值模拟,并将计算结果与抛送装置内物料运动的高速摄像试验结果进行了比较,物料速度的模拟值和高速摄像实测值基本吻合。在分析了物料运动规律基础上,对其叶片数、进料速度以及物料体积浓度的不同变化作了对比模拟。研究结果表明:数值模型可预测叶片式抛送装置的输送性能以及最佳喂入量;4叶片较3和5叶片更有利于抛送;进料速度对物料在叶轮区的体积分布规律影响较大,在最佳喂入量范围内,进料速度越大,出口处物料浓度越大,抛离速度也越大,装置输送性能越好;超过此范围时,随进料速度增大,进料口处物料浓度增大而出口处物料浓度减小,装置极易堵塞;进料口物料体积浓度的变化只影响抛送叶轮内以及圆形外壳出口区域的物料体积浓度,而对其物料速度分布规律及速度大小影响不大。该研究可为叶片式抛送装置工作参数优化提供参考。

基于Mixture模型的乙醇汽油割嘴气液两相流模拟

通过Mixture模型对专用割嘴的内部进行速度场和压力场数值模拟,分析割嘴内部流场的气液两相流流动状态,以及速度和压力在各部位的变化情况,研究不同压力下的氧气流对乙醇汽油燃料的速度变化以及在一定压力下的氧气流对不同速度的乙醇汽油雾化的影响情况。分析流体外部两侧的静压强的欠膨胀,认为欠膨胀射流有利于空气与液体燃料的混合。模拟结果表明,增加气液混合物的速度差可以提高割嘴出口处乙醇汽油的雾化程度,有利于充分燃烧。

基于Mixture模型对翼形空化的数值模拟

采用空化模型、Mixture多相流模型及SST k-ε模型,在攻角为8°的NACA-0016型三维翼形上增加翼形表面粗糙度及增加微孔的基础上进行了数值模拟分析。根据空泡份额的分布、升力系数、阻力系数和升阻比系数等变化因素判断了微孔及翼形表面粗糙度对翼形空化性能及水力性能的影响。研究结果表明:多相流及空化模型能很好地模拟三维翼形的空化情况,同时模拟结果增加翼形表面粗糙度及增加微孔对翼形的空化有一定的改善作用。但是增加翼形表面粗糙度会对翼形的受力特性有一定的削弱影响。仅仅是在翼形上面作研究,实际工程中可以运用到水轮机叶片的空化模拟中,但需要作进一步研究。

基于Mixture模型对水平夹套式热虹吸管的数值模拟

为了研究水平夹套式热管内部的沸腾冷凝过程,采用Fluent软件选用Mixture多相流模型对气液两相流进行数值模拟。通过径向热管热阻模型描述热管内部的传热过程。由于热管涉及到复杂的蒸发冷凝传热传质现象,需要对模型加载UDF自定义函数,从而得到稳定的相变瞬态过程。模拟计算得到稳定状态下的管内温度分布,以及液池蒸发现象和凝结液膜的形成过程,并计算出液膜厚度同局部换热系数之间的关系。模拟计算所得到的外壁温度同实验结果相互吻合,表明通过编写UDF程序及选取Mixture模型建立的数值模拟,可以对管内流体的蒸发冷凝进行模拟,并能详细地计算出热管内部相态的变化规律。文章中的研究结果对热管的优化设计提供了有价值的参考。

基于Mixture模型的磷酸萃取搅拌器固液两相流研究

利用Mixture模型对磷酸萃取的反应过程进行了非定常的固液两相流数值模拟,发现在相同的搅拌周期内,折叶型搅拌器使固相物(磷石膏)均匀分布于浓磷酸中的能力要强于圆盘涡轮式搅拌器,即折叶型搅拌器用于磷酸萃取过程中效率高于圆盘涡轮式搅拌器。通过两相流CFD数值模拟的方法,对比了双层折叶式搅拌器与折叶型搅拌器在相同的时间节点上的混合搅拌效果,发现双层折叶式搅拌器在磷酸萃取过程中,效果要明显优于普通的折叶型搅拌器,且在相同的转速下,双层折叶式搅拌器相对折叶型搅拌器的功率增量在可接受范围之内。

基于Mixture模型的机车齿轮箱径向密封机理研究

本文基于Mixture模型,以油雾-空气混合物为研究对象,运用Fluent软件数值计算重载机车齿轮箱径向迷宫密封的内部流场和泄漏量,研究径向迷宫的密封机理,分析节流齿啮合深度对密封性能的影响,对比研究不同的油雾参数(油雾颗粒直径、体积分数)和密封结构参数(径向间隙、节流齿厚度)对介质高速通道的形成和迷宫密封性能的影响规律。研究结果表明;径向迷宫密封在节流齿相对啮合深度为0.5时形成与迷宫结构相适应的介质高速通道,径向间隙和节流齿厚度对介质高速通道的形成无影响,介质高速通道的形成仅取决于空腔宽度(即节流齿相对啮合深度),最佳相对啮合深度为0。径向间隙增大、节流齿厚度减小,高速通道效果更明显。随着油雾颗粒直径或径向间隙的增大,油雾体积分数或节流齿厚度的减小,迷宫泄漏量增加,密封性能减弱。

Mixture和Species模型模拟低速通风管道内气体混合时的差异分析

污染气体的扩散过程受到湍流扩散和分子扩散的共同作用,湍流扩散随着气流速度的减小而减弱,因此低速通风管道内污染气体扩散过程的数值模拟对扩散模型的选择更加敏感。探究了Fluent软件中两种污染气体扩散模型(Mixture和Species)用于模拟低速通风管道中多组分气体混合时的计算结果差异及其原因。结果表明:由于Species模型额外考虑了组分质量守恒定律,因此计算得到的污染气体浓度分布均匀性明显大于Mixture模型的情况;随着污染源释放速度增大,管道内污染气体浓度分布均匀性增加,但两种模型的计算结果差异不变。因此,可以认为Species模型在低速通风管道内多组分气体混合问题上具有更好的适应性。

蚬子外壳仿生表面减阻结构的设计与分析

受天然生物蚬子在泥沙环境中优异的运动能力的启发,提出了仿生蚬子表面形貌减阻方法,并根据其外壳表面形貌特征的显微图像设计了仿生表面减阻结构,利用CFD数值模拟方法中的多相流Mixture模型对设计的3种仿生表面结构进行横向仿真模拟并与光滑表面结构进行减阻效果对比。结果表明,在不同的两相流流速下,3种仿生表面结构在横向模拟中都具有一定的减阻特性,且以棱纹结节表面结构的减阻性能最佳。

发电机轴承油槽密封结构对油雾泄漏的影响

大型水电站轴承油槽总是不可避免地发生油雾泄漏问题,改善密封结构通常是解决水电站轴承油槽甩油雾问题最简单有效的措施.为了降低油雾泄漏对发电机内部造成的污染,文中围绕某抽水蓄能电站发电机轴承油槽甩油雾问题,对油槽密封盖进行改型,并开展密封腔油雾多相流数值模拟研究.通过Mixture模型和SST k-ω模型解析了原密封结构和2种改进密封结构的流场分布特性,并评估了不同密封结构下的油雾泄漏情况.研究结果表明:相比于原设计模型,改进模型Ⅰ,Ⅱ的油雾泄漏量平均减少了18.9%,88.6%,改进模型Ⅱ抑制油雾效果最为显著;高压气体的注入会破坏密封腔原有的环形涡流,从而抑制油雾逸出;对于下部密封腔而言,提高进口压力,减小进口流速都有助于改善密封性能.文中的研究可为油槽密封改良以及轴承油雾泄漏控制措施提供一定的参考,提升电站的经济效益以及运行的安全稳定性.

不同多相流模型在航行体出水流场数值模拟中的应用

基于VOF和Mixture两种均相流模型,并结合输运方程类空化模型、k-ε湍流模型和动网格技术,针对圆柱形航行体出水过程进行了数值模拟,获得了无空化、带空泡两种状态下航行体出水过程中的多相流物理景象和表面压力变化历程。根据计算结果分析了VOF模型、Mixture模型在多相流界面捕捉、压力计算等方面的异同,并给出了两种模型的适用范围,在理论研究和工程应用上都具有重要意义。

水下航行体模型空化特性的数值模拟

论文基于非稳态条件下的多相流模型,采用Fluent软件对水下航行体模型水下运动时自然空化以及声场特性进行了数值模拟。数值模拟结果表明:模型所受压差阻力与航行速度的平方正相关,而粘性阻力则因为自然空化的发生呈现先增大后减小又增大的复杂变化趋势;空化现象形成于模型头肩部,随着速度的不断增大逐渐向后发展成超空泡,空泡形状在长度上的变化大于厚度变化;超空泡现象发生时模型尾部声压级相对降低。

水气两相流分段分模型数值模拟方法研究

为了更准确地分析水平旋流内消能泄洪洞阻塞扩散段水流特性,采用理论分析、数值模拟与试验研究相结合的研究方法,以旋流阻塞扩散段至气体溢出段为研究对象,重点针对试验研究中难以对泄洪洞内部进行观测的问题,开展水气两相流分段分模型数值模拟方法研究。研究结果证明:Mixture模型和VOF模型在旋流区、水气掺混区和气体逸出区分类运用的可行性,且采用分段分模型和单模型数模结果相比表明,分段分模型数值模拟与试验结果更吻合。此外,数模仿真过程选取相对稳定的旋流均匀段作为进口边界,相对稳定压强作为出口边界的边界条件正确性得到验证。

导弹水下热发射出筒过程流动特性

研究了导弹水下热发射出筒过程的流动特性。采用基于多相流Mixture模型的有限体积法求解RANS方程,考虑了流体的可压缩性、粘性、重力作用、气-水掺混效应和能量交换等各项因素,运用自编UDF模块结合动网格技术,对导弹水下发射出筒过程的轴对称流场进行了数值模拟。计算结果揭示了导弹水下热发射出筒过程中发动机喷管、发射筒内和潜艇外的复杂多相流动的演化、流场结构和流体动力特性。

水下超声速燃气射流动力学特性研究

该文研究水下超声速喷管燃气射流动力学特性。采用基于均质平衡流的mixture多相流模型和标准k?ε湍流模式,运用有限体积法和SIMPLE算法,求解了不同工况下的二维水下燃气射流的湍流流动。考虑了流体的可压缩性、黏性、重力作用、气水掺混效应和能量交换等复杂因素。通过对不同扩张比、不同水深和不同来流情况下喷管射流流场的数值计算结果的比较与分析,发现在环境背压较大的情况下,大扩张比喷管燃气射流会产生颈缩、断裂和回击现象;而小扩张比喷管和有来流情况下,喷管燃气射流形态较稳定。

多种约束流道环境下的软性磨粒流流场特性

为了解决软性磨粒流加工中工件表面特定加工区域材料去除的难题,提出了一种通过改变约束模块结构控制约束流道内流场的方法。基于标准k-ε湍流模型和Mixture两相流模型,建立了面向液-固两相软性磨粒流湍流流型分析的动力学模型。以波浪形和矩形2种约束流道为具体模拟仿真对象,研究软性磨粒流流经2种约束流道过程中压力、速度等工艺参数。研究结果表明:简单流道内的湍流动能小于复杂流道内的湍动能,因此在流道内加入约束模块可提高湍流的紊乱程度;流道加工表面的静压力、动压力在波浪形约束模块作用下比在矩形约束模块的作用下流道性能有所提高,同时在波浪形流道内可根据约束形状形成明显的压力差值;加入不同形状的约束模块改变流道横截面积,可以改变加工表面压力、速度、磨粒入射角等工艺参数,并且能够获得更加明显的小涡流以提高加工精度。数值模拟结果为软性磨粒流加工工艺参数的选择提供了依据并部分通过试验得到验证。

出口形状对中心体喷嘴射流性能的影响

提出将中心体喷嘴与异形喷嘴组合以产生更好的空化射流效果的思路。采用Mixture多相流模型,在15MPa的射流压力下,对正方形出口、三角形出口和圆形出口3种中心体喷嘴产生的淹没射流流场进行数值计算,重点对轴向速度、径向速度、湍动能和空泡相体积份额进行了对比分析。研究表明:圆形出口的中心体喷嘴比另两种异形出口的中心体喷嘴产生更高的射流速度和湍动能;正方形出口比三角形出口的中心体喷嘴的射流稳定性能更强,圆形出口的中心体喷嘴产生的集束性能较强;异形出口的中心体喷嘴产生的流场中,空泡相延伸距离更长,异形出口的中心体喷嘴产生的空化射流效果更好。

潜射导弹筒口气泡发展规律研究

燃气-蒸汽弹射过程中,导弹尾部离筒后的强烈水气交互作用形成的筒口气泡对导弹运动有一定的影响。利用动网格技术和MIXTURE模型对导弹弹射出筒后筒口气泡的发展情况进行了研究,探究了筒口气泡扩张、收缩和拉断的一系列过程,比较了泡内不同位置的压力变化和压力传递过程,指出了气泡形态跟泡内压力呈负相关的关系。仿真结果可用于工程预报。

浑水水力分离清水装置内水沙两相弱旋流场数值模拟

采用RNG(重整化群)两方程紊流模型和简化的多相流Mixture(混合)模型,对浑水水力分离清水装置内水沙两相三维弱旋流场进行了数值模拟。根据计算结果,详细比较和分析了加沙前后装置内径向、轴向以及切向速度分布特征,及其对"装置"内泥沙运动和水沙分离效率的影响。从水沙两相流场特性出发,初步探讨了"装置"有效分离水沙并获得清水的机理,为设计优化装置结构提供理论基础。

浑水水力分离装置中水沙两相湍流的数值模拟

文章采用RNG(重整化群)k-ε双方程紊流模型和简化的多相流Mixture(混合)模型,对浑水水力分离装置内水沙两相湍流场进行了数值模拟,得到浑水水力分离装置的柱体区、悬板区以及锥体区内含沙水流的平面速度矢量分布、含沙水流的紊动强度分布以及泥沙体积浓度分布。通过装置内清、浑水流场的计算结果,分析了泥沙的存在对装置内水流平均流速和紊动强度的影响,以及不同区域内影响水沙分离的主要作用力。研究结果表明泥沙的存在不会削弱水流的平均运动,但泥沙可有效地抑制水流的紊动扩散作用,有利于悬浮泥沙的沉降,装置内不同部位影响水沙分离的主要作用力不同,在锥体区和悬板区水沙分离主要依靠离心力,而在柱体主要依靠重力沉降。

异形中心体诱发空化射流的数值模拟研究

为了产生更好的空化效果,探索空化射流应用于油罐清洗除锈的新方式,提高清洗除锈的效率和安全性。提出了将异形中心体与锥形喷嘴组合产生空化射流的思路,采Mixture多相流模型,在12 MPa的射流压力下,对含平头柱体、90°锥形柱体和半球柱体3种中心体喷嘴产生的射流流场进行数值模拟,重点对流场压力分布、轴向速度分布和空化体积进行了对比分析。研究表明:含半球柱体喷嘴比另两种异形中心体喷嘴产生更高的射流速度,且存在较大的核心区;含半球柱体喷嘴和含90°锥形柱体喷嘴比含平头柱体产生的空化区域更大,稳定性更好;含90°锥形柱体喷嘴射流产生空化泡扩散距离最长,空化体积最大。